Yapay zekaya (AI) olan talebin artması ve güç yoğunluğunun artmasıyla birlikte veri merkezleri benzeri görülmemiş termal yönetim zorluklarıyla karşı karşıya kalıyor. Aşırı ısınmayı önlerken performansı ve verimliliği optimize etmek için doğru gerçek zamanlı sıcaklık izleme gereklidir. Bu algılama çözümlerinin doğru, duyarlı, sağlam olması ve yüksek hassasiyetli cihazlarda hızla değişen termal yüklerle başa çıkabilmesi gerekir.
Bu makale, modern yapay zeka veri merkezi tasarımcılarının karşılaştığı termal yönetim zorluklarını inceleyecek ve klima, daldırmalı soğutma ve termal yönetim çözümleri dahil olmak üzere çeşitli soğutma sistemlerinin ayrıntılı bir analizini sunacaktır. Daha sonra EPCOS'un (TDK) negatif sıcaklık katsayılı (NTC) termistör çözümlerini tanıtın ve termal yönetim zorluklarını gidermek için bu çözümlerden nasıl yararlanılacağını açıklayın.
Yapay zeka veri merkezleri neden yeni termal yönetim zorluklarını beraberinde getirecek?
Grafik işlem birimleri (GPU'lar) ve tensör işlem birimleri (TPU'lar) gibi yapay zeka donanımları genellikle geleneksel merkezi işlem birimlerinden (CPU'lar) çok daha fazla güç tüketir. Bu nedenle, yapay zekaya odaklanan veri merkezleri genellikle nispeten yüksek güç yoğunluğuna ve yoğunlaştırılmış sıcak noktalara sahiptir ve bu da geleneksel soğutma yöntemleri kullanılarak yönetimi zorlaştırır.
Daha da kötüsü, yapay zeka iş yükleri sıklıkla büyük ölçüde farklılık gösteriyor ve takviye eğitimi veya çıkarım operasyonları sırasında termal yükler hızla artabiliyor. Uygun termal yönetim yapılmazsa bu durumlar performansın düşmesine, plansız kesintilere ve donanım ivmesinin bozulmasına neden olabilir.
Ortaya çıkan bu talepleri karşılamak için veri merkezlerinde daha gelişmiş soğutma yöntemlerinin benimsenmesi gerekiyor. Doğrudan talaş soğutma yaygın bir soğutma yöntemidir. Bu teknoloji, soğutma borularını, soğuk plakaları veya ısı eşanjörlerini doğrudan CPU'lar, GPU'lar ve bellek gibi yüksek güçlü cihazlarla hizalar. Ayrıca sunucunun tamamının iletken olmayan bir sıvıya batırılmasını içeren daldırma soğutma yöntemi de seçilebilir.
Klimada da çeşitli iyileştirmeler yapılıyor. Örneğin, sıralar arası soğutma üniteleri ve kabinlerdeki yerleşik soğutma üniteleri, genel bilgisayar odası iklimlendirme sistemini temel alarak bölge soğutması sağlayabilir, yani yerel aşırı ısınma sorunlarına gerçek zamanlı olarak yanıt verebilir.
Bu soğutma sistemlerinin spesifik koşulları farklılık gösterse de, hepsi daha geniş dağıtım ve daha hızlı tepki ile sıcaklık izleme talebini artırıyor. Bu makale örnek olarak doğrudan bağlantılı çip soğutma sistemini ele almaktadır. Sıcaklık standartlarının korunmasını sağlamak için her hedef çipin bir ısı emici sensörle donatılması gerekir. Boru hattına monte edilmiş sensörler aracılığıyla soğutucu akışının izlenmesi gerekir ve sistemin verimli çalışmasını sağlamak için soğutucu dağıtım cihazına ve ısı eşanjörüne diğer sensörlerin takılması gerekir.
Veri merkezi uygulamalarında NTC termistör sensörlerinin avantajları
NTC termistörleri tüm bu gereksinimleri karşılayabilir. Adından da anlaşılacağı gibi NTC sensörlerinin direnci sıcaklık arttıkça azalır. NTC termistörlerine gelince, bu, koruyucu bir metal veya epoksi reçine mahfaza içine alınmış küçük, ısıya duyarlı oksit seramik bir eleman aracılığıyla elde edilir.
Şekil 1, 25 °C'de nominal direnci 2-5 k Ω olan bir termistörün tipik sıcaklık direnç eğrisini göstermektedir. Şekilde gösterildiği gibi direnç ne kadar büyük olursa, dirençteki değişimin ölçülmesi daha kolay olduğundan termistör yüksek sıcaklık uygulamaları için o kadar uygundur.
Tipik sıcaklık direnci eğrisi grafiği
Şekil 1: 25°C'de nominal değeri 2 k Ω ila 5 k Ω olan bir termistörün tipik sıcaklık direnç eğrisi. (Resim kaynağı: EPCOS (TDK))
NTC termistörlerinin yapay zeka veri merkezlerine getirdiği avantajlar arasında şunlar bulunmaktadır:
Yüksek hassasiyet ve hızlı tepki: Hafif sıcaklık değişikliklerine karşı son derece hassastır ve küçük termal kütle nedeniyle tepki hızı hızlıdır. Bu özellikler, NTC termistörlerinin yapay zeka veri merkezlerinin hızla dalgalanan termal taleplerini etkili bir şekilde karşılamasını sağlar.
Dayanıklılık ve stabilite: Sağlam malzemelerden yapılmıştır, uzun vadeli mükemmel güvenilirliğe ve zaman içinde minimum direnç kaymasına sahiptir. Bu stabilite, bakım gereksinimlerini en aza indirir ve beklenmedik arıza süresi riskini mümkün olan en büyük ölçüde azaltır.
Kompakt boyut ve esnek kurulum: Küçük boyutu sayesinde, sınırlı alana sahip, cihaz yoğun veri merkezi ortamlarına kolayca entegre edilebilir. Çeşitli şekilleriyle yapay zeka veri merkezlerindeki soğutma sistemlerinin farklı ihtiyaçlarını karşılayabilir.
EPCOS NTC termistör serisi bu avantajları tam olarak bünyesinde barındırmaktadır. Bu ürün serisi, radyatörlerin ve boru hatlarının, batık soğutma sistemlerinin ve klima santrallerinin izlenmesine yönelik çözümler içerir.
Isı alıcılara takılı NTC termistörlerini kullanarak yüksek güçlü bileşenleri izleme
GPU'lar ve TPU'lar gibi yüksek güçlü işlemciler, performansı korumak ve aşırı ısınmayı önlemek için sıkı termal izleme gerektirir. B57703M0103G040 (Şekil 2), ısı emiciye doğrudan kurulum için kullanıldığından bu görev için çok uygundur. Bu vidayla sabitlenen sensör, bir NTC termistörünü, çıkıntılı halka kulaklara sahip metal bir etiket muhafazasında kapsüller.
EPCOS B57703M0103G040 Döngü Terminali Termistörü
Şekil 2: B57703M0103G040 halka bağlantı termistörü, yüksek güçlü işlemci ısı emicilerinin hassas sıcaklık izlemesini sağlayabilir. (Resim kaynağı: EPCOS (TDK))
Vidalı sabit sensörlerin tasarımı hem kullanışlı hem de önemlidir; ısı emicinin yüzeyi ile iyi bir termal bağlantı ve tutarlı temas basıncı sağlar, böylece termal direnci azaltır ve yük hızlı bir şekilde değiştiğinde ölçüm doğruluğunu artırır.
Sensör, +70°C sıcaklıkta 10.000 saatlik uzun vadeli stabilite testini geçmiştir ve yapay zeka veri merkezi iş yüklerinde yaygın olarak bulunan yüksek sıcaklık koşullarında kullanılabilir. Sensörün +25 ° C'deki nominal direnci 10 k Ω olup, daha yüksek çalışma sıcaklıklarının ölçümü için güvenilir bir temel ve sıcaklık kontrol sistemi için doğru geri bildirim sağlar.
NTC termistörlerini kullanarak sıvı soğutma boru hatlarını izleme
Sıvı soğutma sistemleri, uygun sıcaklıkta sürekli bir soğutucu beslemesine dayanır. B58100A0506A000 (Şekil 3), boru hatlarına hızla monte edilebilen 10 k Ω'luk bir NTC termistörüdür ve soğutma sıvısı besleme hatlarını izlemek için ideal bir seçimdir. Bu kalıplanmış bileşen, çapı 18 mm ile 19 mm arasında olan borulara doğrudan kelepçelenebilir veya farklı montaj durumlarına göre diğer boyutlardaki borulara uyarlanabilir. Yerleşik dışbükey kontaklar doğrudan izleme ekipmanına bağlanabilir.